Биогенез: мотивы и феномены возникновения жизни
Статья - Биология
Другие статьи по предмету Биология
о копированием в виде РНК (репликация), либо переписыванием в форму ДНК (обратная транскрипция).
Не исключено, что и собственно переход к записи генетической информации в виде последовательности нуклеотидов, то есть к атрибутам жизни в её современном понимании, был также опосредован эволюционным совершенствованием РНК, то есть её способностью к выполнению более специализированных и разнообразных функций ферментов. Так, например, далеко не последняя роль в процессах биосинтеза белка принадлежит каталитически активным типам РНК или рибозимам [1]. В частности, энзиматически компетентные участки рибосомной РНК (р-РНК) обладают пептидил-трансферазной активностью и способны катализировать реакции транспептидации, то есть наращивать полипептидную цепь аминокислот в процессе нынешнего трансляционного белкового синтеза. Очень важно отметить, что транспептидация катализируется исключительно рибосомальными структурами, а сама реакция идёт с понижением свободной энергии. То есть каталитически активные центры РНК способны и без факторов элонгации в виде специфических белков-катализаторов к медленной неэнзиматической трансляции и к тому же без дополнительных ГТФ или АТФ источников энергии [5].
Поскольку в современных условиях этот процесс происходит на рибосомах в присутствии комплекта специализированных РНК, то скорее всего и первоначальный, самый примитивный „центр пептидного синтеза“ включал в себя сочетание по меньшей мере трёх основных видов РНК: транспортной (т-РНК), матричной или информационной (и-РНК) и рибосомной (р-РНК). При этом следует отметить, что вышеописанные события могли идти одновременно и независимо друг от друга. То есть параллельно эволюционировали все феномены биогенеза:
Редупликация, в виде воспроизведения исходной генетической информации в поколениях.
Транскрипция, как переписывание генетической информации в форму многочисленных РНК-копий.
Трансляция (синтез белков путём перевода записанной на РНК-матрице генетической информации в форму полипептидных цепей).
Запись и хранение генетической информации.
Что касается значимости этих стадий для биогенеза, то в филогенетическом аспекте на первый план выходят „посреднические услуги“ т-РНК, то есть процессы специфического опознания молекулой т-РНК только „своей“ конкретной аминокислоты. Это нужно для обеспечения соответствия между кодируемой аминокислотой, соединённой с т-РНК и определённой последовательностью нуклеотидов при взаимодействии антикодонового участка рибонуклеинового адаптера с кодоном генетической матрицы, то есть с комплементарным триплетом и-РНК.
Гипотетически всё могло происходить следующим образом. Например, появлению специфического взаимодействия адаптера с аминокислотой предшествовала стадия обычной ковалентной связи той или иной аминокислоты с разными фрагментами РНК или отдельными мономерами рибонуклеотидов. При взаимодействии хотя бы пары таких комплексов с транспептидазными ферментами это закономерно приводило бы к образованию самого простого пептида, но не позволяло оптимально закодировать эту информацию. Поскольку даже при выстраивании комплементарного слепка дипептида на нуклеотидах РНК или ДНК, полученная информация оказывалась бы ничтожной из-за отсутствия специфического соответствия прообраза антикодона аминокислоты определённым кодовым нуклеотидам.
Понятно, что в ходе последующего эволюционного отбора зафиксировалось оптимальное молекулярное сочетание между триплетным кодоном и-РНК и точно ему соответствующим антикодоном т-РНК с прикреплённой кодируемой аминокислотой. Но самое главное в эволюционном плане, это закрепление специфического связывания конкретного адаптера с единственной аминокислотой. Интересно, что само по себе данное соединение не претерпело каких-либо структурных изменений. Поскольку, кроме как через сложно-эфирную связь между карбоксилом аминокислоты и гидроксилом концевого рибозного остатка т-РНК, их между собой оптимально и не соединишь. Но поскольку данная ковалентная связь биологически неспецифична, то природа „нашла“ изящное и уникальное решение. Была создана система специфического катализа с функцией „узнавания“, опосредованной трёхмерной структурой макромолекулы т-РНК. Неспецифическая связь могла быть реализована только при оптимальном пространственном совпадении специфической области распознавания т-РНК с определённым и строго характерным только для конкретной аминокислоты ферментом аминоацил-т-РНК-синтетазой. В итоге, при подобном сочетании, образовывалась определённая аминоацил-т-РНК с характерным только для неё антикодоном в виде определённого триплета нуклеотидов, соответствующих кодируемому кодону на и-РНК. В принципе, антикодоновые „участки связывания“ аминоацил-т-РНК могли и сами выступать в роли матрицы, что допустимо в плане соблюдения физико-химических законов. Это могло происходить путём формирования собственного генетического кода с помощью репликативной сборки комплементарной последовательности триплетов из отдельных свободных нуклеотидов внешнего окружения. Что нисколько не нарушает постулатов центральной догмы молекулярной биологии об одностороннем пути передачи генетической информации от нуклеиновых кислот к белкам, а не наоборот. Действительно, белки не могут быть матрицей для нуклеотидов, но свободным аминокислотам ничто не мешает таким образом снять с себя генетический слепок. И если при дальнейшем биосинт